單光子揭示 1600 萬原子的量子糾纏,這新發現有著里程碑式的意義

量子糾纏(quantum entanglement),或稱量子纏結,是一種量子力學現象,其定義上描述複合系統(具有兩個以上的成員系統)之一類特殊的量子態,此量子態無法分解為成員系統各自量子態之張量積(tensor product)。

量子糾纏技術是安全的傳輸信息的加密技術,與超光速傳遞信息無關。儘管知道這些粒子之間“交流”的速度很快,但我們卻無法利用這種聯繫以如此快的速度控制和傳遞信息。因此愛因斯坦提出的規則,也即任何信息傳遞的速度都無法超過光速,仍然成立。實際上的糾纏作用並不很遠,而且一旦干涉其中的一方,糾纏態就會自動消除。

量子糾纏,是根據量子力學理論預測的一種物理現象,描述的是一對或一組粒子在量子態上的相互作用。有趣的是,即便發生依賴的粒子相隔甚遠,這種狀態也可存續下去,從而催生了開發未來通信和計算技術的一個新領域。此前,科學界尚未披露多少有關於量子糾纏存在的實驗。但是上週,瑞士日內瓦大學的科學家們卻宣佈了他們的最新發現,表明有 1600 萬個原子被糾纏在了一釐米的水晶中。

單光子揭示 1600 萬原子的量子糾纏,這新發現有著里程碑式的意義

科學家們設法用間接的方式獲得了這一結果,UNIGE 研究員 Florian Fröwis 表示:「要直接觀察幾百萬原子之間的糾纏過程是不可能的,因為你需要收集和分析的數據量太過巨大」。不過由理論可知,當光子穿過晶體的時候,會使原子在被重新發射前陷入糾纏。通過分析其統計特徵和重新發射光子的概率,之後就可以確定 1600 萬個糾纏原子的數量。

世界各地有諸多機構、企業、科學家團隊投入並引領了這方面的研究,而 UNIGE 的新發現有著里程碑式的意義。對於即將到來的量子革命,他們都將受益於量子糾纏的特性。

單光子揭示 1600 萬原子的量子糾纏,這新發現有著里程碑式的意義

量子糾纏所代表的在量子世界中的普遍量子關聯則成為組成世界的基本的關聯關係。或許用糾纏的觀點來解釋"夸克禁閉"之謎。當一個質子處於基態附近的狀態時,它的各種性質可以相當滿意地用三個價夸克的結構來說明。但是實驗上至今不能分離出電荷為2e/3的u夸克或(-e/3)的d夸克,這是由於夸克之間存在著極強的量子關聯,後者是如此之強,以至於夸克不能再作為普通意義下的結構性粒子。通常所說的結構粒子a和b組成一個複合粒子c時的結合能遠小於a和b的靜能之和,a或b的自由態與束縛態的差別是不大的。而核子內的夸克在"取出"的過程中大變而特變,人們看到的只能是整數電荷的介子等強子。同一個質子,在不同的過程中有不同的表現,在理解它時需要考慮不同的組分和不同的動力學。一個質子在本質上是一個無限的客體。實質上整個宇宙是一個整體的能量慣性體系包括實在的粒子和空間,由於能量慣性的存在,整個能量體系時刻按一定的能量運動規律運動,宇宙中的每一個粒子作為宇宙能量的一分子它本身的能量慣性狀態始終與宇宙環境保持一致即能量的穩定性,它們的電磁能量波始終存在著相互作用。當倆物質粒子同時處於某一狀態即儘量使之處於基態或能量控制編碼態,它們在相互作用時產生了電磁能量慣性互動及量子糾纏現象。因此,物質具有能量然而人們只能從物質的相互作用中獲得並得到利用。


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